Projetos

A Impressão 3D (ou manufactura aditiva) cria objectos, adicionando uma camada de cada vez. Este método oferece muitas vantagens em comparação com métodos de fabrico tradicionais (ex: CNC). É improvável que substitua os métodos tradicionais, mas ainda existem muitas aplicações onde a impressão 3D é capaz de produzir um objecto rapidamente com alta precisão e num material funcional.

É fundamental perceber as vantagens da impressão 3D para que os designers sejam capazes de tomar melhores decisões quando seleccionam um processo para produzir o produto óptimo.

Velocidade

Uma das vantagens principais da manufactura aditiva é a velocidade com que objectos podem ser produzidos comparativamente a métodos tradicionais de manufactura. Designs complexos podem ser importados via um modelo CAD e impressos em algumas horas. A vantagem é a verificação rápida e desenvolvimento de ideias.

Quando, no passado, poderia demorar dias e até semanas para receber um protótipo, a manufactura aditiva coloca o modelo nas mãos do designer em algumas horas. Enquanto a maquinaria industrial ainda requer mais tempo para imprimir e fazer pós-processamento, a habilidade de produzir objectos funcionais em pouco volume oferece uma vantagem em termos de tempo quando comparada com técnicas convencionais como Injecção de plástico, onde o lead time para um molde pode ser de várias semanas.

Produção num só passo

Uma das maiores preocupações para um designer é como produzir a sua peça da maneira mais eficiente. A maioria dos objectos requer um grande número de passos para ser produzida pelos métodos tradicionais – e a ordem destes passos afecta a qualidade do design.

Se considerarmos um encaixe metálico produzido via métodos tradicionais:

Inicia-se o processo via desenho CAD, com o design finalizado pelo designer. A produção inicia com o cortes dos perfis de aço no tamanho necessário. De seguida estes perfis são presos em posição para depois serem soldados, um de cada vez, para formar o encaixe. Por vezes, é necessário construir um ‘jig’ para garantir o correcto alinhamento. As soldas de seguida são limpas e polidas para garantir um bom acabamento final. Depois são feitos os buracos, para que o encaixe possa ser afixado à parede. Finalmente, o encaixe é limpo com areia, leva primário e é pintado para melhorar a sua aparência.

A manufactura aditiva consegue completar todo este processo num só passo, sem interacção com o operador da máquina durante a fase de construção. Assim que o design CAD está finalizado e importado para a máquina, pode ser impresso em algumas horas.

Esta habilidade de produzir uma peça num só passo reduz a dependência em diferentes processos de produção (furação, solda, pintura) e dá ao designer maior controlo sobre o produto final.

Custo

Os custos de produção podem ser divididos em 3 categorias: custos de operação da máquina; custo do material; custos de trabalho.

Custos de operação da máquina:    A maioria de impressoras de secretária consomem a mesma energia que um computador portátil. Tecnologias de manufactura aditiva industrial consumem uma elevada quantidade de energia para produzir uma só peça. Apesar disso, a habilidade de produzir geometrias complexas num só passo acaba por tornar todo o processo mais eficiente. Os custos de operação da máquina são normalmente o menor contribuidor para os custos totais de produção.

Custo do material:   Este custo varia significativamente  consoante a tecnologia. Impressoras de secretária com a tecnologia FDM usam rolos de material com custos à volta dos 25€ por kg, enquanto que a impressão de resinas SLA requer um custo de 150€ por litro. A gama de materiais disponíveis para imprimir tonar difícil a comparação com a tecnologia tradicional. Nylon em pó usado em SLS custo à volta de 70€ por kg, quando comparado com pellets de nylon usadas para injecção custam tão pouco como 4€ por kg. Os custos de material são o maior contribuidor para o custo final de uma peça produzida via manufactura aditiva.

Custos de trabalho:   Uma das maiores vantagens da impressão 3D é o baixo custo do trabalho. Não considerando o pós-processamento, a maioria das impressoras 3D requer um operador para carregar num botão e a máquina então segue um processo totalmente automático para produzir a peça. Comparativamente com tecnologias tradicionais, onde operadores altamente experientes eram requisito obrigatório, os custos de trabalho são muito baixos.

Manufactura aditiva de volumes baixos tem custos muito competitivos comparativamente aos métodos tradicionais. Para a produção de protótipos que verificam forma e encaixes é significativamente mais barata do que outras alternativas de fabrico e é competitiva também para peças de um só uso. As técnicas de produção tradicionais tornam-se mais eficientes à medida que o volume aumenta e os altos custos de setup são justificados por grandes volumes de produção.

Mitigação do Risco

Encomendar um protótipo com falhas custa tempo e dinheiro ao designer. Até pequenas mudanças num molde ou método de fabricação podem ter um grande impacto financeiro.

Ter a habilidade de verificar um design através de uma impressão de um protótipo antes de investir em equipamento caro (moldes e ‘jigs’) elimina o risco durante o processo de prototipagem. Isto ajuda no aumento de confiança no design em questão antes de fazer um grande investimento para um nível de produção em massa.

Liberdade de complexidade e design

As restrições impostas pelos métodos tradicionais de produção sobre o que pode ser produzido, não são relevantes para a manufactura aditiva. Como os componentes são construídos camada a camada, requisitos de design como ângulos de acesso de ferramenta não se aplicam quando se desenham peças para impressão 3D.

Apesar de existirem limitações como o tamanho mínimo das características que podem ser impressas, a maioria das limitações da manufactura aditiva baseiam-se em como orientar um objecto de uma maneira óptima, que reduza a dependência de material de suporte e que reduza a probabilidade da impressão falhar. Isto dá aos designer uma grande liberdade e permite a criação facilitada de geometrias altamente complexas.

Customização

A impressão 3D não permite apenas uma maior liberdade de design – permite uma personalização completa dos designs. Como a manufactura aditiva é excelente a produzir uma peça de cada vez, é então perfeita para produtos únicos.

Este conceito é útil para soluções médicas e dentárias com a produção de próteses personalizadas, implantes e ajudas dentárias. Desde a material de desporto especialmente desenhado para o atleta, até aos óculos de sol da moda e acessórios, a manufactura aditiva permite a produção unitária de peças personalizadas com uma excelente ralação custo-qualidade.

Facilidade de Acesso

Apesar da manufactura aditiva já existir há mais de 30 anos, a maioria do crescimento do mercado aconteceu desde 2010. Isto aconteceu devido a um grande número de impressoras 3D ter entrado na industria, tornando significativamente mais fácil o acesso à tecnologias de manufactura aditiva.

Apenas em 2015, mais de 278.000 impressoras de manufactura aditiva avaliadas abaixo dos 5000$ foram vendidas globalmente. O número de impressoras vendidas tem duplicado consistentemente desde esse ano. O que era inicialmente uma tecnologia de nicho, apenas acessível a um pequeno segmento da industria de manufactura, torna-se agora facilmente acessível – tornando-se um método competitivo para a produção de peças, utilizado por uma vasta gama de indústrias.

Sustentabilidade

Métodos de manufactura subtractiva, como CNC ou o uso do torno, removem quantidades substanciais de material de um bloco inicial, resultando grandes volumes de material desperdiçado.

Métodos de manufactura aditiva feralmente usam apenas o material necessário para construir a peça. A maioria dos processos utilizam matérias primas que podem ser recicladas e voltadas a serem usadas em mais do que uma construção. Deste modo, processos de manufactura aditiva produzem muito pouco desperdício.

O aumento do número de impressoras 3D no mundo também leva a uma redução substancial na distância que os protótipos necessitam de viajar até ao seu destino final.

Como as impressoras 3D de secretária requerem uma aprendizagem simples para serem operadas com sucesso, os designs não precisam de ser enviado para um especialista para serem produzidos. Para além disso, a ocupação de espaço de um sistema industrial de manufactura aditiva é muito menos do que um sistema de manufactura tradicional.

Devido a estas razões, os serviços  impressão 3D profissional são criados em todo o mundo, até em localizações onde o custo de terreno são elevados (ex: Londres, Nova Iorque). Esta redução no custo de envio das peças tem um impacto ambiental positivo. Isto, em junção com a habilidade de imprimir e produzir partes suplentes no local necessário, leva a uma pegada ecológica menor, com menos emissões carbónicas para o ambiente.